1. молекулярная физика - "Джонатан" jlproj.org

@Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении
изобретательских задач.
http://www.jlproj.org
1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
1.1.Основные положения молекулярно-кинетической
теории. Тепловое расширение
Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества
построены как результат значительного числа наблюдений, опытов и
умозаключений. Соответственно, эти положения дают ключ к пониманию многих
явлений, которые традиционно рассматриваются в разделах «Молекулярная
физика».
1. Все тела состоят из атомов или молекул. Короткая фраза, в которой
сконцентрирована масса информации. Действительно, если все тела состоят из
молекул, то и все свойства всех тел, следовательно, объясняются свойствами
молекул и их взаимодействием между собой. Конечно, нельзя этому первому
положению приписывать абсолютный смысл; как всегда, существуют исключения
и ограничения; однако очень много свойств можно объяснить, исходя из
положения о молекулярном строении вещества.
2. Все атомы и молекулы и в газах, и в жидкостях, и в кристаллах, и при
высоких, и при низких температурах - движутся непрерывно и хаотично.
3. Между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания. Эти
силы сосуществуют всегда; по отдельности они не существуют. Именно наличием
этих сил обусловлены многие свойства, например, упругость твёрдых тел. Упругие
силы, возникающие при попытке деформировать твёрдое тело, обусловлены
преобладанием сил притяжения при увеличении расстояния между молекулами
сверх равновесного. Наличие этих сил притяжения и отталкивания, характер их
изменения связаны непосредственно со строением молекул (См. Волькенштейн М.,
Строение молекул).
4. Температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.
Существенно заметить, что понятие «температура» может быть применено только
к телам, состоящим из огромного числа молекул: нельзя говорить о температуре
одной молекулы - правильнее в этом случае рассматривать кинетическую энергию
молекулы.
Итак, нарастание температуры есть увеличение скорости хаотического
движения молекул. Следовательно, увеличивается среднее расстояние между
молекулами, в результате чего с ростом температуры, жидкости в твердые тела
расширяются, (конечно, если внешнее давление остается постоянным).
Коэффициента объемного расширения различных газов близки между собой
(≈0,0037 град-1); для жидкостей они могут различаться очень сильно (ртуть0,00018, глицерин-0,00050, ацетон-0,0014, эфир-0,0017 град-1). Величина теплового
расширения твердых тел целиком обусловлена строением их кристаллической
решетки. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, вольфрам) малочувствительны к
нагреву; рыхлая, неплотная структура кристаллов способствует сильному
расширению твердых тел при нагревании (алюминий, латунь).
При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются
огромные силы, что можно использовать в соответствующих технологических
процессах (штамповка, прессование). Вместе с тем, тепловое расширение, как
@Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении
изобретательских задач.
http://www.jlproj.org
процесс обратимый и легко управляемый, применяется при проведении весьма
филигранных работ, таких, как микроперемещения, измерения с помощью
тепловых электроизмерительных приборов, регулирование с помощью
биметаллических пластин.
Пример
А.с. № 275751:
Регулируемый лабиринтный насос, содержащий статор и ротор (почему
же только насос? – Ю.Г.),
отличающийся тем, что с целью регулирования насоса с помощью
изменения температуры
статор и ротор выполнены из материалов с различными коэффициентами
теплового расширения.
Весьма необычно в отношении теплового расширения ведет себя вода. В
диапазоне от 0ºС до 4ºС вода при нагревании сжимается; при температуре выше
4°С коэффициент расширения очень сильно изменяется с температурой, хотя и
имеет положительный знак. (5ºС - 0,000005, 40ºС - 0,00032, 80ºС - 0,00060). B
соответствии с такой особенностью вода имеет наибольшую плотность при 4ºС.
Эти аномалии в поведении воды обусловлены резко асимметричным строением ее
молекулы; вода представляет собой сильнополярную жидкость (ее относительная
диэлектрическая проницаемость Ɛ=81), образующую очень рыхлую, ажурную
молекулярную структуру. При некоторых условиях возможно существование так
называемой «аномальной» воды (открытие № 83, Дерягин Б.В., Федякин Н.Н.) с
плотностью 1,4 и совершенно фантастическим поведением теплового расширения.
Тепловое расширение - «нестареющий» эффект, он известен давно, но до
сих пор изобретатели находят ему все новые применения. Американские инженеры
создали сплав алюминия с никелем, который при охлаждении расширяется, а при
нагревании – сжимается. Построить вразумительную теорию этого явления пока не
удалось, но сплав уже используется для ремонта трубопроводов в тех местах, где
сварка или вообще нагрев недопустимы. Муфту из сплава охлаждают жидким
азотом, одевают на поврежденное место; нагреваясь до нормальной температуры,
муфта сжимается и плотно изолирует поврежденное место.
Еще несколько примеров
А.с. №175190:
Устройство для учета количества наливов металла в изложницу,
отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса учета,
оно выполнено в виде корпуса, прикрепленного к изложнице, в полости
которого расположено счетное устройство, состоящее из трубки с шариками и
биметаллической пластинки, на конце которой укреплен отсекатель,
пропускающий при нагреве пластин шарик, падающий в накопительную емкость.